Inhalt und Einsatz im Unterricht

"Viertakt-Dieselmotor"

Berufsbildende Schulen: 1. Lehrjahr aller fahrzeugtechnischen Berufe („Kennenlernen des Fahrzeugs“)

Allgemeinbildende Schulen: Sekundarstufe I, Physik

Die DVD startet automatisch in ein 5-Sekunden-Intro, welches dann insHauptmenü führt, von dem aus 4 Filme direkt anwählbar sind:

Die vier Takte 8:15 minWesentliche Motorbauteile 11:25 minMotorsteuerung 10:50 minDiesel-Historie 4:25 min(+ Grafikmenü mit 18 Farbgrafiken)

Die ersten 3 Filme veranschaulichen mit optisch attraktiven und klargegliederten Computeranimationen den Aufbau und das Funktionsprinzip einesViertakt-Dieselmotors. Im Film dient ein stilisierter Vierzylinder-Vierventil-Motormit Turboaufladung und Common-Rail-System als modellhaftes Beispiel.Alle technischen Erklärungen sind genau auf die Lehrinhalte des 1. Lehrjahresaller fahrzeugtechnischen Berufe in den gewerblich-technischen Berufsschulenabgestimmt. Damit bieten die Filme auch für den Physikunterricht derallgemeinbildenden Sekundarstufe I alle erforderlichen Inhalte.Realaufnahmen von Dieseltechnik in Alltagsanwendungen und Fabrikationerhielten wir von den Firmen AUDI, BMW, DAIMLER, JOHN DEERE, FENDT,MAN, MEYER WERFT. Bei der DEUTZ AG konnten wir ausführlicheRealaufnahmen in der Produktion verschiedenster Dieselmotoren machen.Allen Unternehmen sei an dieser Stelle für die Unterstützung gedankt.Alle vier Filme können prinzipiell in beliebiger Reihenfolge eingesetzt werden, jenach Unterrichtsplanung und -verlauf. Ratsam ist es jedoch, die Filme "Die vierTakte" oder "Wesentliche Motorbauteile" zum Einstieg ins Thema zu nutzen.

Ergänzend zu den o.g. 4 Filmen finden Sie auf dieser DVD:

- 18 Farbgrafiken, die das Unterrichtsgespräch illustrieren (im Grafik-Menü)

- 12 ausdruckbare pdf-Arbeitsblätter (im DVD-ROM-Bereich)

Im GIDA-"Testcenter" (auf www.gida.de) finden Sie auch zu dieser DVD "Viertakt-Dieselmotor" interaktive undselbstauswertende Tests zur Bearbeitung am PC. Diese Tests können Sieonline bearbeiten oder auch lokal auf Ihren Rechner downloaden, abspeichernund offline bearbeiten bzw. ausdrucken.

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Begleitmaterial (pdf) auf dieser DVDÜber den "Windows-Explorer" Ihres Windows-Betriebssystems können Sie dieDateistruktur der DVD einsehen. Sie finden dort u.a. den Ordner "DVD-ROM".In diesem Ordner befindet sich u.a. die Datei

start.htmlWenn Sie diese Datei doppelklicken, öffnet Ihr Standard-Browser mit einemMenü, das Ihnen noch einmal alle Filme und auch das gesamte Begleitmaterialder DVD zur Auswahl anbietet (PDF-Dateien von Arbeitsblättern, Grafiken undDVD-Begleitheft, Internetlink zum GIDA-TEST-CENTER, etc.).Durch einfaches Anklicken der gewünschten Begleitmaterial-Datei öffnet sichautomatisch der Acrobat-Reader mit dem entsprechenden Inhalt (sofern Sieden Adobe Acrobat Reader auf Ihrem Rechner installiert haben). Die Arbeitsblätter liegen jeweils in Schülerfassung und in Lehrerfassung vor (miteingetragenen Lösungen). Sie ermöglichen Lernerfolgskontrollen bezüglich derKerninhalte der DVD und sind direkt am Rechner elektronisch ausfüllbar. Überdie Druckfunktion des Acrobat Reader können Sie aber auch einzelne oder alleArbeitsblätter für Ihren Unterricht vervielfältigen.

Fachberatung bei der inhaltlichen Konzeption und Gestaltung dieser DVD:Herr Steffen Reichardt , Dipl.-Ing. Päd.Herr Dietmar Voß, Dipl.-Ing., Leiter "Unternehmensgeschichte" DEUTZ AG

Inhaltsverzeichnis Seite:

DVD-Inhalt - Strukturdiagramm 4

Die FilmeDie vier Takte 5Wesentliche Motorbauteile 7Motorsteuerung 9Diesel-Historie 11

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DVD-Inhalt - Strukturdiagramm

4

Hauptmenü

Die vier Takte

Wesentliche Motorbauteile

Die vier Takte

Menü Grafiken

Filme

Grafiken

Ansaugtakt

Verdichtungstakt

Arbeitstakt

Ausstoßtakt

Verbrennungskraftmaschine

Motorbauteile I

Motorbauteile II

Motorsteuerung

Diesel-Historie

Motorbauteile III

Hubraum-Formel

Brennraum

Hubraumtypen

DOHC-Prinzip

Schwinghebel - Kipphebel

Kurbelwelle-Nockenwelle 2:1

Motorsteuerung

Verdichtungsverhältnis

Common Rail

Die vier TakteLaufzeit: 8:15 min, 2008

Lernziele: - Verschiedene typische Einsatzgebiete für Dieselmotoren kennenlernen;- Das Dieselmotor-Funktionsprinzip (vier Takte + Selbstzündung)

nachvollziehen können;- Einige der wichtigsten Motorbauteile kennenlernen (Zylinder, Ventile, Kolben,

Pleuel, Kurbelwelle).

Inhalt:Der Film leitet ein mit einem Überblick der vielfältigen und typischenEinsatzgebiete für Dieselmotoren: Baumaschinen, Lastkraftwagen,landwirtschaftliche Maschinen und Schiffsmotoren. In all diesen Bereichen hatsich der Dieselmotor wegen seiner robusten und langlebigen Technik undwegen seines sparsamen Kraftstoffverbrauchs durchgesetzt.

Der Film zeigt mit einer kleinen Collage unterschiedlichste Fahrzeuge aus denoben genannten Bereichen. Es werden dabei auch weitere typische Stärkendes Dieselmotors angesprochen: Hohes Drehmoment ("Durchzug") bei relativniedrigen Motordrehzahlen und hohem Wirkungsgrad. Typische Schwächen wiehohes Gewicht und der relativ laute und rauhe Lauf des Dieselmotors werdenauch angesprochen. Moderne Entwicklungen im PKW-Bereich, die dieseSchwächen reduzieren, finden ebenso Erwähnung.Im weiteren Verlauf des Films wird auch die Energieumwandlung imDieselmotor gezeigt: Er verbrennt Kraftstoff und wandelt die resultierendethermische Energie in kinetische Energie, in Bewegungsenergie um.

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Abbildung 1: Stufen der Energieumwandlung im Dieselmotor

Der Film stellt dann mit Hilfe sehr eindrucksvoller 3D-Computeranimationen dasFunktionsprinzip der vier Takte vor:

1. Takt: Ansaugen2. Takt: Verdichten3. Takt: Arbeiten 4. Takt: Ausstoßen

Im weiteren Filmverlauf werden diverse zusätzliche Informationen zu diesen vierMotortakten gegeben, u.a. Druck- und Temperatur während Verdichtung undVerbrennung. Ebenso werden die innere Gemischbildung und dieSelbstzündung des Dieselkraftstoffs bei Einspritzung in die komprimierte, heißeLuft im Zylinder erläutert.Schließlich benennt der Film einige der wichtigsten Motorbauteile, die dieUmwandlung von thermischer Energie in kinetische Energie leisten. DasZusammenwirken von Zylinder, Kolben, Pleuel und Kurbelwelle wird leichtnachvollziehbar erklärt.

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Abbildung 2: Der Ansaugtakt

Abbildung 3: Zylinder - Kolben - Pleuel - Kurbelwelle

Wesentliche MotorbauteileLaufzeit: 11:25 min, 2008

Lernziele: - Die wesentlichen Bauteile eines Viertakt-Dieselmotors kennenlernen und ihr

Zusammenwirken verstehen;- Die Begriffe Hubraum, Kompressionsraum und Brennraum kennenlernen;- Die Hubraum-Berechnungsformel verstehen und anwenden können.

Inhalt:Der Modell-Dieselmotor dieser DVD, ein Vierzylinder-Vierventilmotor mitTurboaufladung und Common-Rail-System, wird zu Filmbeginn"explosionsartig" zerlegt und dann im weiteren Filmverlauf Stück für Stückwieder zusammengebaut. An dieser Stelle zeigen wir nur 4 "Schnappschüsse" von der sehr umfang-reichen Benennung und Funktionsbeschreibung der wesentlichenMotorbauteile:

Das Zusammenwirken von Zylinder, Kolben, Kolbenringen, Pleuel undKurbelwelle wird ausführlich beschrieben. Es wird besonders verdeutlicht, dassdie Kurbelwelle zwei wichtige Aufgaben erfüllt: Zum einen leitet sie dieMotorkraft an den Antriebsstrang weiter. Zum anderen leistet sie über dieSteuerkette die mechanische Motorsteuerung.

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Abbildung 4: Zylinder - Kolben - Pleuel - Kurbelwelle

Das Zusammenspielvon Steuerkette, Steuer-rädern, Nockenwellenund Ventilen oberhalbdes Zylinderkopfs wirdausführlich beschrieben.

Im Unterschied zumOttomotor benötigt derDieselmotor keine Zünd-kerze. Beim Dieselmotorwird Kraftstoff über einCommon-Rail-System mitInjektoren direkt in denBrennraum eingespritzt.

Die Berechnung desHubraums wird erklärt,ebenso die Begriffe"Kompressionsraum"und "Brennraum".

Abschließend geht der Film auf die dreistufige Energieumwandlung imDieselmotor ein, die mit einem Wirkungsgrad von ca. 35 - 40% abläuft.

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Abbildung 5: Zylinderkopf mit Steuerkette, Steuer-rädern, Nockenwellen und Ventilen

Abbildung 7: Kompressionsraum + Hubraum = Brennraum

Abbildung 6: Common-Rail-System

MotorsteuerungLaufzeit: 10:50 min, 2008

Lernziele: - Die Bestandteile der mechanischen Motorsteuerung von denen der

elektronischen Motorsteuerung ("Motormanagement") unterscheiden können;- Die Funktionsweise der mechanischen Motorsteuerung und der

dieseltypischen Einspritzung (Bestandteil der Elektronik) verstehen.

Inhalt:Der Film leitet ein mit einer knappen tabellarischen Aufstellung derwesentlichen Bestandteile der mechanischen und der elektronischenMotorsteuerung.

Dann zerlegt der Filmden Vier-Takte-Zyklusdes Dieselmotors inganz kleine Schritte undzeigt dabei die einzelnenElemente der mecha-nischen Motorsteuerungin Aktion.Steuerräder und Nocken-wellen bei DOHC mitVentiltassen.

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Abbildung 9: DOHC-Ventilsteuerung

Abbildung 8: Mechanische + elektronische Motorsteuerung

In einem kleinen Exkurswerden auch andereArten der Ventilsteuerunggezeigt: Schwinghebel-und Kipphebel-Prinzip.Außerdem zeigt der Filmauch die oft senkrechteAnordnung der Ventilebei flachem Zylinderkopf.

Der Film erklärt dannsehr ausführlich dieSteuerkettenübersetzungvon Kurbelwelle undNockenwellen.(2:1 Umdrehungen)

Abschließend geht der Film noch auf die dieseltypische Kraftstoffeinspritzungein, die als Teil der elektronischen Motorsteuerung heutzutage wesentlicheEntwicklungspotenziale für Dieselmotoren bietet (Verbrauch, Abgasschadstoffe).

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Abbildung 10: Andere Ventilsteuerungen

Abbildung 12: Common-Rail-Einspritzung über Injektoren

Abbildung 11: Steuerkette mit 2:1-Übersetzung

Diesel-HistorieLaufzeit: 4:25 min, 2008

Lernziele: - Rudolf Diesel als Erfinder des Dieselmotors kennenlernen; einen Einblick in

die Geschichte der Dieselmotor-Entwicklung gewinnen (ca. 1880 bis 1895);- Dieselmotoren und ihre Anwendung gestern und heute erkennen.

Inhalt:Dieser Film zeigt zunächst collageartige Impressionen aus der Zeit der erstentechnischen Entwicklung des Dieselmotors in der MAN AG. Rudolf Diesel alsErfinder des nach ihm benannten Motors wird vorgestellt.

Historische Bildervon ersten Anwen-dungen des Diesel-motors in PKW, LKWund Landmaschinenziehen einen weitenBogen bis in dieNeuzeit.Die Haupteinsatz-gebiete des Diesel-motors werden inimpressiven Bildernvermittelt.

Im historischen Abriss werden auch Bilder von alter und hochmodernerDieselmotor-Produktion gegenübergestellt. Dabei wird auch die hoheKomplexität der heute eingesetzten Anbauaggregate eines Dieselmotorsdeutlich:

Turbolader, Common-Rail-Einspritzsystem,etc.

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Abbildung 13: Rudolf Diesel und seine Motoren

Abbildung 14: Produktion moderner Dieselmotoren